早期的天文观察显示，月球表面的暗色区域如同海洋一样平滑，称之为月海(海洋)，而亮色区域则是起伏不平的山地，称之为高地(陆地)。“月海”和“高地”的术语一直被沿用。但是，科学家对月球背面了解较少。1959年，苏联探测器“月球”3号飞船首次拍摄到月球背面的图像。此后，通过美国和苏联的各项月球探测计划，科学家才开始研究月球正面与背面的差异。

月海主要分布于月球的正面，比较平坦，形状近圆形，主要由暗色的玄武岩组成，多形成于38亿～31亿年前；而高地主要分布在月球的背面，起伏不平，遍布陨石坑，大多由浅色的斜长石质岩石组成，高地中最古老的岩石形成时间可以追溯到月球岩浆洋阶段的晚期，约45亿年前。并不是所有月貌形态、物质成分以及地质历史都符合地形学或者月表反射率的两分现象。如“阿波罗”计划返回的克里普岩既不是月海玄武岩，也非高地斜长石质岩石，返回的月土也经常是高地和月海岩石的混合物。

利用“克莱门汀”计划的遥感数据可以推算出，月壳厚度介于20～120千米之间，平均约61千米，但是，背面的月壳其平均厚度比正面的约厚12千米，而月球的质量中心与形态中心彼此错位约2千米。月球背面只有一小部分出露玄武岩，而正面大约有30%的月海玄武岩。“月球探测者”的伽马射线能谱显示，月球上氧化亚铁（FeO）以及放射性元素的浓度存在差异；月球表面的钍（Th）元素和FeO分布呈现不均一性，高含量的Th和FeO主要分布在雨海及风暴洋等月海地区。

关于月球二分结构的成因可分为内部原因和外部原因，二者都是推测而来，仍存在一定争议。

内部成因包括：①地球潮汐对月壳的加热作用。在原始月壳形成之后，月球岩浆洋的残余岩浆层导致了月壳和原始月幔的解耦。地球潮汐力的加热作用，使得月壳可以流动，导致其厚度发生变化。②岩浆洋中的不对称对流。受地球影响，月球正面遭受更多的热辐射屏蔽作用，引起的微小温度差导致了岩浆的不对称对流，使得结晶的斜长石晶体向月球背面富集。③岩浆洋的不对称结晶。尚无合理的机制可以解释岩浆洋的不对称结晶。

外部成因包括：①“姊妹月球”的撞击堆积。在月球的大撞击形成过程中，可能还会形成其他伴生的小型天体，这些小天体基本都是不稳定的，但是其中一个在特洛伊点的直径约1200千米的小型天体“姊妹月球”，可以稳定存在上千万年。在经历了简单的圈层分异和演化后，由于引力作用，“姊妹月球”最终以一个很慢的速度撞击并堆积到月球背面，形成了月球的二分结构。这一撞击速度很慢，并没有形成撞击坑。②不均匀撞击事件。“月亮女神号”的光谱数据显示，风暴洋和月球南极-艾特肯盆地和雨海盆地都富集低钙辉石，支持了该古老盆地的撞击成因。月球早期风暴洋的撞击成因导致月球正面的原始斜长质月壳被挖掘溅射，在撞击熔体中结晶的次生斜长质月壳在月球正面形成，从而导致了月球背面与正面的不同。